利用２．４Ｇ拖射频芯片ＣＣ２４２０实现Ｚｉ胡ｅｅ无线通信设计一５９一●主题论文
利用２．４ＧＨｚ射频芯片ＣＣ２４２０实现ＺｉｇＢｅｅ
无线通信设计
王秀梅，刘乃安
（西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室，陕西西安７１００７１）
摘要：ＣＣ２４２０是Ｃｈｉｐｃｏｎ公司推出的一款符合ⅢＥＥ
８０２．１５．４规范的２．蜘ｚ射频芯片，用来开发工业无线传感及家庭组网等ＰＡＮ网络的ｚｉ妒ｅｅ设备和产品。文中介绍了ｃｃ２４２０的主要功能、结构及典型应用电路。
关键词：ⅢＥＥ８０２．１５．４；多点对多点通信；ＺｉｇＢｅｅ；ＣＣ２４２０
分类号：恻文献标识码：Ａ文章编号：１００６—６９ｒ７７（２００５）０３—００５９—０４
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１引言麓端凝蔷毒篙笔篡耄篙昙ｚｉ幽ｅｅ是一种基于ⅢＥＥ８０２．１５．４规范的无线命、低至３美金的超低成本、极大可伸缩的网格和星
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ＣＳＢ
ＣＳＡ
Ｒ／Ｗ
Ｄ／Ｉ图５直接访问方式接口电路
电子工业出版社，２０００．
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【３】拉贝．数字集成电路设计透视【Ｍ１．北京：清华大学出版社，１９９８．
ＭＰＵ
８∞１
Ｐ１．７
Ｐ１．６
Ｐ１．５
Ｐ１．４
Ｐ１．３
Ｐ１．２
Ｐ１．１
Ｐ１．０
Ｐ３．４
Ｐ３．３
Ｐ３．２
Ｐ３．１
Ｐ３．０
负电源
Ｖ０
ＧＮＤ
图６间接访问方式接口电路
【４】冷长奎。王建新．数字电路与逻辑设计【Ｍ】．南京：南京理工大学出版社，１９９３．
收稿日期：２００４—０８—３０
咨询编号：０５０３１９
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一６０一《国外电子元器件》２００５年第３期２００５年３月
型网络拓扑（每个主设备可支持４万多个节点）等诸多优点，是家庭互联、工厂自动化、医疗设备、传感网络和汽车应用等的理想解决方案。
ｃｃ２４２０是ｃｈｉｐｃｏｎＡＳ公司推出的首款符合２．４Ｇ也ⅢＥＥ８０２．１５．４标准的射频收发器。该器件包括众多额外功能，是第一款适用于ｚｉｇＢ和产品的砌’器件。它基于Ｃｈｉｐｃｏｎ公司的ｓｍａｎＲＦ０３技术，以０．１＆姗ｃＭｏｓ工艺制成，只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。ＣＣ２４２０的选择性和敏感性指数超过了ⅢＥＥ８０２．１５．４标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达２５０ｋｂｐｓ，可以实现多点对多点的快速组网。
２芯片主要性能特点
ＣＣ２４２０的主要性能参数如下：
●工作频带范围：２．４００—２．４８３５Ｇｍ；
●采用ｍＥＥ８０２．１５．４规范要求的直接序列扩频方式；
●数据速率达２５０ｋｂｐｓ，码片速率达２ＭＣｈｉｐ／ｓ；
●采用Ｏ—ＱＰｓＫ调制方式；
●超低电流消耗（ＲＸ：１９．７ｎＡ，Ⅸ：１７．４ｌＩ认），高接收灵敏度（一９４ｄＢｍ）；
●抗邻频道干扰能力强（３９ｄＢ）；
●内部集成有ＶｃＯ、ＬＮＡ、ＰＡ以及电源整流器。采用低电压供电（２．１。３．６ｖ）；
●输出功率编程可控；
●皿ＥＥ８０２．１５．４ＭＡＣ层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、１句萌ｔＣＲｃ校验、电源检测、完全自动ＭＡＣ层安全保护（ＣＩＲ，ＣＢｃ—ＭＡｃ，ＣＣＭ）；
●与控制微处理器的接口配置容易（４总线ｓＰＩ接口）；
●开发工具齐全，提供有开发套件和演示套件；
●采用ＱＬＰ一４８封装，外形尺寸只有７×７Ⅱ瑚。３芯片内部结构
ｃｃ２４２０芯片的内部结构如图１所示。天线接收的射频信号经过低噪声放大器和Ｉ／Ｑ下变频处理后，中频信号只有孙ｍｚ，此混合Ｉ／Ｑ信号经过滤波、放大、ＡＤ变换、自动增益控制、数字解调和解扩，最终恢复出传输的正确数据。
发射机部分基于直接上变频。要发送的数据先被送入１２８字节的发送缓存器中，头帧和起始帧是通过硬件自动产生的。根据皿ＥＥ８０２．１５．４标准，所要发送的数据流的每４个比特被３２码片的扩频序列扩频后送到ＤＡ变换器。然后，经过低通滤波和上变频的混频后的射频信号最终被调制到２．４ＧＨｚ，并
审
行
微
处
理
器
接
口
利用２．４Ｇ：地射频芯片ＣＣ２４２０实现ＺｉｇＢ＆无线通信设计
一６１一
经放大后送到天线发射出去。
４典型应用电路
ＣＣ２４２０只需要极少的外围元器件，其典型应用电路如图２所示。它的外围电路包括晶振时钟电路、射频输入／输出匹配电路和微控制器接口电路三个部分。
芯片本振信号既可由外部有源晶体提供，也可由内部电路提供。由内部电路提供时需外加晶体振荡器和两个负载电容，电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。例如当采
用１６Ｍ比晶振时，其电容值约为２２ｐＦ。
射频输入／输出匹配电路主要用来匹配芯片的输入输出阻抗，使其输入输出阻抗为５０Ｑ，同时为芯片内部的ＰＡ及ＬＮＡ提供直流偏置。
ＣＣ２４２０可以通过４线ＳＰＩ总线（ｓＩ、ｓｏ、ＳＣＬＫ、Ｃｓｎ）设置芯片的工作模式，并实现读／写缓存数据，读／写状态寄存器等。通过控制网ｍ和邪阳Ｐ管脚接口的状态可设置发射／接收缓存器。注意：在ＳＨ总线接口上进行的地址和数据传输大多是ＭＳＢ优先的。ｃｃ２４２０片内有３３个１６比特状态设置寄存器，在每个寄存器的读／写周期中，ＳＩ总线上共有２４比
特数据，分别为：１比特鼬撇／寄存器选择位（０：寄存器，１：ｍ蝴），１比特读／写控制位（０：写，１：读），６比
特地址选择位、１６比特数据位。在数据传输过程中ＣＳｎ必须始终保持低电平。
另外。通过ＣＣＡ管脚状态的设置可以控制清除通道估计，通过ｓＦＤ管脚状态的设置可以控制时钟／定时信息的输入。这些接口必须与微处理器的相应管脚相连来实现系统射频功能的控制与管理。图２
ｃＣ２４２０的典型应用电路
图３
ＣＣ２４２０调制和扩频功能框图
ＣＣ２４２０先将要传输的数据流进行变换，每个字节被分组为两个符号，每个符号包括４个比特，ＬＳＢ优先传输。每个被分组的符号用３２码片的伪随机序列表示，共有１６个不同的３２码片伪随机序列。经过ＤＳｓＳ扩频变换后，码片速率达到２Ｍｃｈｉｐｓ／ｓ，此码片序列再经过Ｏ—ＱＰＳＫ调制，每个码片被调制为半个周期的正弦波。码片流通过Ｉ／Ｑ通道交替传输，两通道延时为半个码片周期。
ｃｃ２４２０为匝ＥＥ８０２．１５．４的数据帧格式提供硬件支持。其ＭＡＣ层的帧格式为：头帧＋数据帧＋校
验帧；Ｐ｝Ⅳ层的帧格式为：同步帧＋唧头帧＋ＭＡｃ
帧，帧头序列的长度可以通过寄存器的设置来改变。可以采用１６位ｃＲＣ校验来提高数据传输的可
靠性。发送或接收的数据帧被送人ｍ蝴中的１２８字
节的缓存区进行相应的帧打包和拆包操作，其ＲＦ的状态控制图如图４所示。
５
配置ＩＥＥＥ８０２?１５?４工作模式
６
开发工具及网络组织
ⅢＥＥ８０２．１５．４规范中规定使用Ｄｓｓｓ调制方式，
ｃｃ２４２０中的调制和扩频功能磊图如图３所示。
Ｃｈｉｐｃ蚰为用户提供了评估软件一㈣ｓ饥卜
一６２一《国外电子元器件》２００５年第３期２００５年３月
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图４ＲＦ状态控制图
ｄｉｏ，它可以帮助开发者进行产品射频性能的评估和功能测试。同时，Ｃｈｉｐｃｏｎ还提供了开发套件，用户可在此基础上评估和设计真正的ｚｉ妒＿ｅｅ网络。此开发套件包括ＣＣ２４２０外围硬件模块和ｚ—ｓｔａｃｋ７Ⅸｚｉｇ－Ｂｅｅ协议栈，其中包括各种高性能的ｚｉ邸ｅｅ软件工具，如网络设置器、协议追踪调试工具等。在此基础上建立的网格式网络（网络结构如图５所示）自组织性强、抗毁性强，极大程度地拓展了网络中的节点数和无线通信范围。
图５网格（胍ｓＨ）式网络结构图
７结束语
ＣＣ２４２０是首款符合ＺｉｇＢｅｅ技术的高集成度工业用射频收发器件，其ＭＡＣ层和ＰＨＹ层协议符合８０２．１５．４规范，工作于免授权的２．４Ｇ比频段。利用此芯片开发的短距离射频传输系统成本低、功耗小，适于电池长期供电。具有硬件加密、安全可靠、组网灵活、抗毁性强等特点，为家庭自动控制、工业监控、传感网络、消费电子、智能玩具等提供了理想的解决方案。
参考文献
［１】Ｃ｝ｌｉｐｃｏｎＡｓｓｎ棚．ＣＣ２４２０
ＰｒｅｌｉｌｌｌｉＩ哪Ｄａ龇ｔ（ｒｅｖ１．２），２００４—０６—０９．
收稿日期：２００４—０８—２６
咨询编号：０５∞１２０
●元器件快讯、
高输出功率和效率的功放模块ＡＣＰＭ一７８８１
安捷伦科技公司（Ａ西ｌｅｎｔｒＩｋｈｎｏ】０９ｉｅｓ）日前宣布推出一款具有业内最佳功率和效率（ｎ垣）的功放模块ＡＣＰＭ一７８８ｌ，可使手机中的电池工作时间延长３０分钟。这款功放器的高输出功率能力降低了因某些特殊的手机设计所造成的功率损耗，其轻薄、紧凑的封装形式则可以使当前深受消费者青睐的“直板”和“翻盖”手机变得更小。这款功放器模块采用安捷伦的Ｅ—ｐ｝玎￡ＭＩ’（增强模式伪形态高电子迁移率晶体管）工艺技术提高了工作效率，而且只需单极电源就能够工作。
ＡＣＰＭ一７８８１功放模块的典型ＰＡＥ值为４５％，是业内最高的ＷＣＤＭＡＰＡＥ。这款功放器的高输出功率能力（＋２８．５ｄＢｍ）克服了与双频（ＵＭｒＳ／ＧＳＭ）、单天线手机设计有关的功率损耗。它采用超小型表面贴封装，尺寸为４ｘ４ｎⅡｎ，厚度仅１．１唧，是目前市场上最薄的模块。
ＡＣＰＭ一７８８ｌ在输入和输出上全面匹配５０Ｑ阻抗，工作频率范围为ＵＭｒＳ２１００１９２０。１９８０Ｍ地。它可以在低至１ｖ的偏置电平上工作，因此即使发送功率很低，仍能提供最佳的性能。ＡＣＰＭ一７８８ｌ在最大输出功率和较低的静止电流（５０－ｎＡ）下可达到杰出的ＡＣＬＲ（相邻通道泄露比），而其工作电压可低至３．２Ｖ（３．４Ｖ时达到最优）。该器件的低噪声功率（典型值为一１４１ｄＢｍ／Ｈｚ）有效提高了手机在不同条件下的工作能力。
咨询编号：０５０３２１
利用2.4GHz射频芯片CC2420实现ZigBee无线通信设计
作者：王秀梅， 刘乃安， WANG Xiu-mei， LIU Nai-an
作者单位：西安电子科技大学,综合业务网国家重点实验室,陕西,西安,710071
刊名：
国外电子元器件
英文刊名：INTERNATIONAL ELECTRONIC ELEMENTS
年，卷(期)：2005，""(3)
被引用次数：51次
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/d9881227.html,/Periodical_gwdzyqj200503018.aspx
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